CN109093286A - 一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝及焊剂 - Google Patents

一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝及焊剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种2.25Cr‑1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，C：0.07‑0.20％，Si：0‑0.3％，Mn：0.4‑1.6％，P：0‑0.010％，S：0‑0.010％，Cr：2.00‑2.60％，Mo：0.85‑1.16％，Cu：0‑0.1％，Ni：0.03‑0.25％，Al：0‑0.30％，Sb：0‑0.005％，Sn：0‑0.006％，As：0‑0.008％，O：0‑0.010％，N：0‑0.030％，余量为Fe。一种焊剂；包括氧化镁：18‑35％，二氧化硅：5‑18％，氧化钙：5‑21％，三氧化二铝：11‑21％，碳酸盐：5.7‑20％，萤石：4.3‑17.3％，钾长石：0.5‑5％，电解锰：0‑2％，硅铁：0‑1％，铝粉：0‑2.5％。本发明的焊丝和焊剂配合使用，具有良好的焊接性，得到的焊接接头具有良好的抗裂纹能力，焊接接头力学性能优异；该焊丝和焊剂适用于加氢反应器等厚壁2.25Cr‑1Mo容器，可获得性能良好且无缺陷的焊接接头。

Description

一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝及焊剂
技术领域
本发明属于焊技技术领域，具体涉及一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝及焊丝配合使用的焊剂。
背景技术
2.25Cr-1Mo钢是目前炼油装备和炼化装备行业应用最广的一种低合金耐热钢，在加氢反应器等高温/高压/充氢环境下运行的承压设备中广泛采用。此类设备的尺寸和壁厚较大，普遍采用的焊接方法为埋弧焊。
2.25Cr-1Mo钢设计过程中，采用C-Si-Mn-Cr-Mo-Cu合金体系实现强化和韧化，并通过热处理工艺获得了优秀的综合性能，包括室温强度、高温强度、低温冲击韧性、高温持久性能和抗回火脆化性能。
但是，对于焊接过程，由于焊缝金属在电弧的作用下熔化后，所形成的液态金属熔池体积小，凝固时间很短，其合金强化和韧化的过程与钢板及锻件的整体冶炼和热处理的过程差异显著，无法借鉴成熟的2.25Cr-1Mo钢板及锻件设计。此外，由于焊接过程中，焊缝的淬硬倾向和焊接过程中扩散氢的存在，高强度的2.25Cr-1Mo钢很容易发生冷裂纹。
因此，2.25Cr-1Mo钢埋弧焊焊丝和焊剂组合的设计中，必须对焊丝和焊剂的成分、配方和制造工艺进行综合设计，在满足多项综合性能要求的前提下，同时具有良好的焊接工艺性和抗裂纹能力，才能在加氢反应器等厚壁容器的埋弧焊过程中获得性能良好且无缺陷的焊接接头。
发明内容
本发明的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种适用于 2.25Cr-1Mo钢交流埋焊接用的焊丝，以获得性能优异、缺陷少的焊接接头。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，
C：0.07-0.20％，Si：0-0.3％，Mn：0.4-1.6％，P：0-0.010％，S：0-0.010％， Cr：2.00-2.60％，Mo：0.85-1.16％，Cu：0-0.1％，Ni：0.03-0.25％，Al：0-0.30％， Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，O：0-0.010％，N：0-0.030％，余量为Fe。
优选的，包括以下组份，以质量分数计为，
C：0.09-0.19％，Si：0-0.25％，Mn0.8-1.4％，P：0.007％，S：0.004％，Cr： 2.2-2.55％，Mo：0.95-1.1％，Cu：0-0.08％，Ni：0.05-0.2％，Al：0.01-0.25％， Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，O：0-0.010％，N：0-0.030％，余量为Fe。
优选的，包括以下组份，以质量分数计为，
C：0.09-0.15％，Si：0-0.15％，Mn0.8-1％，P：0.005％，S：0.003％，Cr： 2.2-2.3％，Mo：1-1.1％，Cu：0-0.05％，Ni：0.05-0.1％，Al：0.015-0.02％，Sb： 0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，O：0-0.010％，N：0-0.030％，余量为Fe。
通过调节焊丝中的组份以及各组份的含量，使焊接后的焊缝金属具有较好的力学性能，焊缝金属的抗热裂性能优异。
焊丝中C是保证焊缝常温强度、高温强度、高温持久性能的主要元素之一。当C含量过低，焊缝的强度不足；而当C过高时，焊缝的淬硬倾向过强，发生冷裂纹的风险高。焊丝中的C在电弧作用下，会发生一定的烧损，因此，在焊丝设计时，考虑C在电弧下的烧损，为保证焊缝金属中C的含量，将焊丝中C 的含量控制在0.07-0.20％之间，优选则可控制在0.09-0.19％。
焊丝中Si是焊接过程脱氧的主要元素之一，但是Si含量过高则会降低对焊缝金属的低温冲击韧性，并且不利于回火脆化性能。因此，焊丝中Si不超过0.3％，优选可控制在不超过0.25％。
焊丝中Mn也是焊接过程中脱氧的主要元素之一，Si和Mn联合脱氧时，Mn 含量通常应达到Si含量的3倍以上能够达到较理想效果。同时，Mn含量对于强度和低温冲击韧性有改善作用，而当Mn过高时，对焊缝的高温持久性能不利。因此，焊丝设计时，将Mn控制在0.4-1.6％的范围，优选则可控制在0.8-1.4％。
焊丝中Cr是2.25Cr-1Mo焊缝中保证常温强度、高温强度和高温持久性能的主要元素，其下限定于2.00％。但是当Cr含量过高，反而会降低高温持久性能。因此，将Cr控制在2.00-2.60％的范围，优选则可控制在2.2-2.55％。
焊丝中Mo是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高温持久性能的主要元素，为保证焊缝金属的强度，将Mo的含量控制在高于0.85％。但是当Mo含量过高，会降低低温冲击韧性。因此，将Mo控制在0.85-1.16％的范围，优选则可控制在0.95-1.10％。
焊丝中Cu是埋弧焊焊丝表面镀铜所常用元素，其对高温持久性能有一定的作用。但是，Cu含量过高会增加焊缝发生液化裂纹的风险，因此，将Cu控制在不超过0.10％。
焊丝中Ni对焊缝的冲击韧性有改善作用。但是，Ni含量过高，会对焊缝的高温持久性能带来不利影响。因此，将Ni控制在0.03-0.25％，优选则可控制在 0.05-0.20％。
焊丝中Al是焊缝中脱氧能力较强的一个元素。同时，在2.25Cr-1Mo钢焊缝凝固过程中，Al可以作为固N元素。少量添加Al元素对于焊缝的韧性有一定的改善。因此，将Al控制在不超过0.30％，优选则可控制在0.01-0.25％。
P、S、Sb、Sn和As是2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊接过程中需主要控制的杂质元素，对于冷裂纹、再热裂纹和抗回火脆化性能都是不利的。几个元素根据其有害程度的差异，在焊丝设计时，P控制在不超过0.010％，S控制在不超过 0.010％，Sb控制在不超过0.005％，Sn控制在不超过0.006％，As控制在不超过 0.008％。
焊接过程会给焊缝金属带来额外的增O和增N，因此，将焊丝中的O控制在不超过0.010％，N控制在不超过0.01030％。
一种与本发明焊丝配合使用的焊剂，包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：18-35％，二氧化硅：5-18％，氧化钙：5-21％，三氧化二铝：11-21％，碳酸盐：5.7-20％，萤石：4.3-17.3％，钾长石：0.5-5％，电解锰：0-2％，硅铁： 0-1％，铝粉：0-2.5％。碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁中的一种或两种的混合。当碳酸盐为碳酸钙，以质量分数计为4.3-17.3％。当所述碳酸盐为碳酸镁，以质量分数计为6.8-20％。
优选的，焊剂包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：20-30％，二氧化硅：7-10％，氧化钙：8-10％，三氧化二铝：13-18％，碳酸盐：5.7-20％，萤石：4.3-17.3％，钾长石：2-5％，电解锰：0-2％，硅铁： 0-1％，铝粉：0-2.5％。
优选的，焊剂包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：25-30％，二氧化硅：8-10％，氧化钙：10-15％，三氧化二铝：15-18％，碳酸盐：10-15％，萤石：8-17.3％，钾长石：3-5％，电解锰：0-2％，硅铁：0-1％，铝粉：0-2.5％。
焊剂配方决定了埋弧焊过程中的合金烧损、焊接工艺性、扩散氢等要素，对焊剂设计的主要范围说明如下：
焊剂中氧化镁：18-35％。氧化镁是埋弧焊造渣的主要矿物。氧化镁可以通过镁砂、碳酸镁加入，有利于焊接工艺性中的脱渣性和焊缝成形。同时，氧化镁能够提高焊剂的碱度，减少合金元素的烧损，并降低焊缝的O含量。但是，氧化镁含量过高时，焊缝成形变得凸起，容易发生焊道边缘熔合不良。因此，焊剂设计时，氧化镁控制在18-35％，优选则可控制在20-32％。
焊剂中二氧化硅：5-18％。二氧化硅可以通过石英、硅灰石、钾长石和水玻璃加入，其熔化后对于熔渣的粘度和流动性进行调节，有利于获得良好的焊缝成形。但是二氧化硅含量过高，则会引起焊剂的碱度降低，不利于焊缝低温冲击韧性和抗回火脆化能力。因此，焊剂设计时，二氧化硅控制在5-18％，优选则可控制在7-15％。
焊剂中氧化钙：5-21％。氧化钙可以通过大理石、硅灰石加入，其能够提高焊剂的碱度，减少合金元素的烧损，并降低焊缝的O含量。但是，氧化钙过高，则会导致熔渣的流动性变差。因此，焊剂设计时，氧化钙控制在5-21％，优选则可控制在8-18％。
焊剂中三氧化二铝:11-21％。三氧化二铝可以通过刚玉和钾长石加入，焊剂中起到调节熔渣粘度和造渣作用。但是，三氧化二铝过高，则会导致熔渣的流动性变差，并降低焊剂的碱度，不利于焊缝低温冲击韧性。因此，焊剂设计时，三氧化二铝控制在11-21％，优选则可控制在13-18％。
焊剂中二氧化碳(按照碳酸镁和碳酸钙含量折算)：3-9％。二氧化碳通过碳酸镁和碳酸钙加入，是焊剂降低扩散氢的主要措施，能够有效提高焊缝的抗冷裂纹能力。但是，通过碳酸镁和碳酸钙加入二氧化碳过多时，焊道表面易出现压坑及麻点，并且焊接烟雾过大，不便于焊接。因此，将焊剂中的碳酸盐控制在5.7-20％，保证在焊接时，焊剂中的二氧化碳(按照碳酸镁和碳酸钙含量折算) 控制在3-9％。
氟通过萤石加入，焊剂中的氟能够降低焊缝金属中的扩散氢，并且氟能显著调节熔渣的粘度和流动性，含量在2-8％内的氟可改善焊剂的脱渣性，促进焊缝形成。但是，氟通过萤石加入过多时，焊剂的稳弧性不好，不适用于交流焊接过程，焊缝不易成型。因此，焊剂中氟(按照氟化钙含量折算)控制在2-8％。
钾长石成分中的K电离能较低，能够提高焊剂的稳弧性，使焊剂的交流焊接稳定性增强。但是其加入量受成分中三氧化二铝和二氧化硅的影响，会降低焊剂的碱度，不利于焊缝的低温冲击韧性和抗回火脆化性能。因此，焊剂中钾长石控制在0.5-5％，优选则可控制在2-5％。
焊剂中电解锰：不超过2％，硅铁：不超过1％，铝粉：不超过2.5％。上述合金均为脱氧剂，能够降低焊缝中的O含量，改善焊缝的低温冲击韧性。但是，焊缝中加入过多合金，将会向焊缝金属中额外过渡合金，不利于熔敷金属成分的稳定性。
一种制备焊剂的方法，包括将各组份混合均匀，得到药粉混合物，再向所述药粉混合物中加入钾钠玻璃水，搅拌均匀，制成8-60目的颗粒，在650-720℃烘干，制得焊剂。所述钾钠玻璃水与所述药粉混合物的质量份数比为20-25:100。
钠水玻璃中的Na的电离能较低，提高焊剂在交流焊接时的电弧稳定性，并通过钠水玻璃的黏结性好的特点使各原材料团聚成颗粒状。
搅拌均匀后制成粒度8-60目的颗粒，焊剂颗粒过细，则透气性不好，焊道成形易产生压坑和麻点。焊剂颗粒过粗，则空气易侵入焊缝，对焊缝的保护不佳，因此控制颗粒度于8-60目。
经过650-720℃高温烘干1.5小时以上，获得焊剂成品。将烘干的时间控制在650-720℃，时间在1.5小时以上，可保证99％以上的水份从焊剂颗粒中散出，降低焊缝的扩散氢，而且焊剂颗粒经过烧结后，具有足够的强度，能够在运输和使用过程中，保持尺寸稳定性。
一种熔敷金属，利用焊丝和焊剂，基于交流埋弧焊接在焊接电流450-680A，焊接电压25-36V，焊接速度25-60mm/min，焊接线能量18-40KJ/cm条件下，焊接于2.25Cr-1Mo钢，形成所述熔敷金属；所述熔敷金属以质量分数计包括，
C：0.07-0.12％，Si：0-0.35％，Mn：0.6-0.9％，P：0-0.010％，S：0-0.010％， Cr：2.10-2.55％，Mo：0.95-1.15％，Cu：0-0.2％，Ni：0.09-0.17％，Al：0-0.30％， Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，O：0.022-0.035％，N：0.005-0.030％，余量为Fe；
其中，P、S、Sb、Sn和As的质量分数满足：
X＝(10×ωP+5×ωSb+4×ωSn+ωAs)×10-2，X≤15ppm，
ωP为P的质量分数，ωSb为Sb的质量分数，ωSn为Sn的质量分数，ωAs为 As的质量分数。
焊缝的熔敷金属合金成分决定了焊缝的各项综合性能指标，例如室温强度、高温454℃及482℃强度、-30℃低温冲击韧性、回火脆化性能、高温持久性能等。
熔敷金属中C是保证焊缝常温强度、高温强度、高温持久性能的主要元素之一。当C含量过低，焊缝的强度不足；而当C过高时，焊缝强度会过高，淬硬倾向过强，发生冷裂纹的风险高。因此，将熔敷金属中的C控制在0.07-0.12％，优选可控制在0.08-0.11％。
熔敷金属中Si含量过高则对焊缝金属的低温冲击韧性带来损害，并不利于回火脆化性能。焊剂中含有一定的硅铁，在焊接过程中可能向熔敷金属中部分过渡。因此，将熔敷金属中的Si不超过0.35％，优选可控制在不超过0.20％。
熔敷金属中Mn含量对于强度和低温冲击韧性有改善作用，而当Mn过高时，对焊缝的高温持久性能不利。因此，将熔敷金属中的Mn控制在0.6-0.9％的范围，优选则可控制在0.7-0.9％。
熔敷金属中Cr：2.10-2.55％。Cr是2.25Cr-1Mo焊缝中保证常温强度、高温强度和高温持久性能的主要元素。但是当Cr含量过高，反而会降低高温持久性能。因此，将熔敷金属中的Cr控制在2.10-2.55％的范围，优选则可控制在 2.2-2.45％。
熔敷金属中Mo是2.25Cr-1Mo焊缝中保证常温强度、高温强度和高温持久性能的主要元素，其下限定于0.95％。但是当Mo含量过高，会降低低温冲击韧性。因此将熔敷金属中的Mo控制在0.95-1.15％的范围，优选则可控制在 0.95-1.10％。
熔敷金属中Cu是埋弧焊熔敷金属表面镀铜所常用元素，其对高温持久性能有一定的作用。但是，Cu和Ni含量过高会增加焊缝发生液化裂纹的风险。因此将熔敷金属中的Cu控制在不超过0.20％。
熔敷金属中Ni对焊缝的冲击韧性有改善作用。但是，Ni含量过高，会对焊缝的高温持久性能带来不利影响。因此，将熔敷金属中的Ni控制在0.09-0.17％，优选则可控制在0.10-0.15％。
熔敷金属中Al是焊缝中脱氧能力较强的一个元素。同时，在2.25Cr-1Mo 钢焊缝凝固过程中，Al可以作为固N元素，少量添加Al元素对于焊缝的韧性有一定的改善。因此，将熔敷金属中的Al控制在不超过0.30％，优选则可控制在 0.01-0.25％。
P、S、Sb、Sn和As是2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊接过程中需主要控制的杂质元素，对于冷裂纹、再热裂纹和抗回火脆化性能都是不利的。几个元素根据其有害程度，将熔敷金属中，P控制在不超过0.010％，S控制在不超过0.010％， Sb控制在不超过0.005％，Sn控制在不超过0.006％，As控制在不超过0.008％。
焊接过程会给焊缝金属带来额外的增O和增N，由于在焊接过程中，电解锰、硅铁和铝粉等合金粉末可脱去熔敷金属中的氧，以控制熔敷金属的O。当熔敷金属的O含量和N含量要求过低时，焊丝的冶炼难度和成本过高。当熔敷金属的O 含量和N含量过高时，熔敷金属中的微观氧化物和氮化物夹杂数量增多，不利于焊缝的冲击韧性和抗回火脆化性能。因此，将熔敷金属O控制在0.022-0.035％， N控制在0.005-0.030％。
本发明的焊丝和焊剂配合使用，用于焊接石油炼化装备中常用的 2.25Cr-1Mo钢，在18-40kJ/cm的焊接线能量参数范围内交流焊接，其焊接过程稳定，焊剂熔化后形成的熔渣能够自动从焊缝金属表面脱离，焊缝成形具有细腻的表面波纹，直线度良好，呈青色金属光泽。焊缝金属具有扩散氢含量低，抗冷裂纹及再热裂纹能力强的特点。焊缝金属经过690℃×8小时和690℃×32 小时的热处理后，能够获得优良的室温强度、高温454℃强度、-30℃低温冲击韧性、步冷试验性能、高温持久性能，综合性能优秀。
在焊剂中在交流焊接时，电弧稳定性好，适合在交流焊接条件下使用。在交流波形下，电弧状态的周期变化会对熔化的焊缝金属起到一定的振荡搅动作用，能够获得更大的熔宽，有利于厚壁试板埋弧焊过程的侧壁良好熔合。同时，电弧的振荡作用能够获得低温冲击韧性良好的焊缝金属。
焊接线能量参数范围为18-40kJ/cm时，在该焊接参数下，焊接过程工艺性和性能稳定。当焊接线能量过小时，焊接电流小，焊接速度快，电弧稳定性不易保证，焊接的熔合不良，并且由于焊缝冷却过快，淬硬性强，易发生冷裂纹。当焊接线能量过大时，焊缝冷却很慢，形成的晶粒粗大，焊缝的低温冲击韧性不佳。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的焊丝和焊剂配合使用，具有良好的焊接性，得到的焊接接头具有良好的抗裂纹能力，焊接接头力学性能优异；该焊丝和焊剂适用于加氢反应器等厚壁2.25Cr-1Mo容器，可获得性能良好且无缺陷的焊接接头。
附图说明
图1为本发明的实施例的焊接坡口示意图；
图2为本发明实施例7-12的步冷热处理曲线示意图。
具体实施方式
焊丝的制备：
按焊丝的成分表1所示，将原材料经过经冶炼→浇铸→热轧→酸洗→冷轧→拉拔→镀铜后，加工成Φ4mm规格的埋弧焊焊丝。在表1中，焊丝1-3号为本发明提供的焊丝，焊丝4-6号为对比焊丝。
表1：1-6号焊丝成分表
C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni Sb Sn As Al O N
焊丝1 0.13 0.19 1.10 0.007 0.004 2.44 1.12 0.08 0.15 0.002 0.001 0.004 0.08 0.005 0.017
焊丝2 0.10 0.16 0.85 0.006 0.004 2.37 0.95 0.13 0.11 0.002 0.001 0.004 0.13 0.005 0.027
焊丝3 0.09 0.25 1.15 0.005 0.004 2.25 1.00 0.07 0.09 0.002 0.001 0.004 0.17 0.005 0.010
焊丝4 0.25 0.21 1.25 0.005 0.004 2.35 1.02 0.03 0.05 0.002 0.001 0.004 0.03 0.005 0.006
焊丝5 0.14 0.50 1.25 0.006 0.004 2.30 1.07 0.02 0.08 0.002 0.001 0.004 0.05 0.005 0.007
焊丝6 0.04 0.21 1.25 0.006 0.004 2.19 1.03 0.03 0.09 0.002 0.001 0.004 0.07 0.005 0.005
焊剂的制备：
按焊剂成分表2所示，将各原料合均匀后，形成药粉混合物，加入药粉混合物重量20-25％的钾钠水玻璃作为粘结剂，搅拌均匀后制成粒度8-60目的颗粒，经过650-720℃高温烘干1.5小时以上，获得焊剂颗粒。在表2中，焊剂1-3号为本发明提供的焊剂，焊剂4-6号为对比焊剂。
表2：1-6号焊剂成分表
氧化镁 二氧化硅 氧化钙 三氧化二铝 二氧化碳 氟 钾长石 电解锰 硅铁 铝粉
焊剂1 33 10 17 18 6 8 4 1.5 1 1.5
焊剂2 27 14 15 20 8 7 5 1.5 1 1.5
焊剂3 23 15 21 21 7 6 2 2 1 2
焊剂4 40 12 10 20 4 5 5 1.5 1 1.5
焊剂5 32 15 15 20 1 9 4 1.5 1 1.5
焊剂6 26 5 25 13 12 12 3 1.5 1 1.5
焊接：
以2.25Cr-1Mo-0.25V钢板作为试验板材，实验板材成分如表3所示。采用表3中的焊接工艺，利用上述焊丝和焊剂，焊接如图1所示的实验板材的焊接坡口，其中，板材厚度δ为40mm，钝边厚度b为8mm，根部圆角R为8mm，单边坡口α为10°。
表3 2.25Cr-1Mo试验钢板成分(质量分数％)
C Si Mn P S Cr Mo
钢板 0.20 0.15 0.80 0.005 0.002 2.24 1.05
表4焊接参数表
实施例：
在埋弧焊焊接过程中，优秀的焊接工艺性是获得稳定的焊接过程和无缺陷焊接接头的首要因素。如前所述，焊剂配方成分决定了焊接工艺性。因此，将上述不同的焊丝与不同的焊剂相互组合，采用不同的焊接参数，进行正交焊接实验。正交实验设计表如表5所示。
表5
实施例编号 焊丝编号 焊剂编号 焊接参数
实施例1 焊丝1 焊剂1 焊接参数1
实施例2 焊丝1 焊剂2 焊接参数1
实施例3 焊丝1 焊剂3 焊接参数1
实施例4 焊丝1 焊剂4 焊接参数1
实施例5 焊丝1 焊剂5 焊接参数1
实施例6 焊丝1 焊剂6 焊接参数1
实施例7 焊丝1 焊剂1 焊接参数1
实施例8 焊丝2 焊剂1 焊接参数1
实施例9 焊丝3 焊剂1 焊接参数1
实施例10 焊丝4 焊剂1 焊接参数1
实施例11 焊丝5 焊剂1 焊接参数1
实施例12 焊丝6 焊剂1 焊接参数1
实施例13 焊丝1 焊剂1 焊接参数2
实施例14 焊丝1 焊剂1 焊接参数3
对实施例1-6的焊接接头通过热导法测定扩散氢，并观察在焊接过程中的烟尘、脱渣性以及焊缝的外观形貌，其结果如表6所示。
表6实施例1-6焊接工艺性试验结果
从上表中可以看出，实施例1-3的焊缝扩散氢含量均到达H4超低氢水平，并且实施例1-3在焊接过程中，交流焊接稳定性好，焊缝易成型，各项工艺性能优异，焊接接头性能好。
而在实施例4中，所使用焊剂4中的氧化镁含量较高。过高的氧化镁导致焊剂熔化后的熔渣流动性变差，焊道凸起，成形不良，并且凸起焊道与母材之间所形成的夹角，进一步导致了脱渣性不好。
在实施例5中，所使用焊剂5中的二氧化碳含量的含量较低。过低的二氧化碳，使焊缝扩散氢含量超过了H4的超低氢范围(4ml/100g)，焊接过程中发生冷裂纹的风险高。
在实施例6中，所使用焊剂6中的二氧化碳含量和氟含量均较高。二氧化碳含量过高，焊接过程中产生了大量的烟雾，不利于观察焊接过程。氟含量过高，则不利于电弧的稳定性，交流焊接的稳定性很差，结果导致焊缝成形波动，质量较差。
对实施例7-12的焊缝金属，均按照热处理规范690℃×8h和690℃×32h 进行热处理后，测试其室温拉伸性能、454℃高温拉伸性能和-30℃低温冲击韧性。并且针对690℃×8h热处理后的焊缝金属，再次按照图2所示的步冷热处理曲线进行热处理后，进行抗回火脆化性能试验。将焊缝金属按照609℃×26h 热处理后，在510℃温度下，210MPa拉力下，测定焊缝金属的高温持久性能。得到的实验结果如表8所示，实施例7-12的熔敷金属的化学成分如表7所示。
表7实施例7-12熔敷金属的化学成分(质量分数％)
实施例 变量 C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni Sb Sn As Al O N
7 焊丝1 0.10 0.17 0.90 0.007 0.003 2.37 1.10 0.10 0.15 0.002 0.001 0.004 0.08 0.027 0.020
8 焊丝2 0.08 0.15 0.75 0.006 0.003 2.31 0.95 0.15 0.11 0.002 0.001 0.004 0.13 0.025 0.028
9 焊丝3 0.07 0.23 0.87 0.005 0.003 2.20 1.00 0.09 0.09 0.002 0.001 0.004 0.17 0.024 0.013
10 焊丝4 0.22 0.20 0.89 0.005 0.003 2.27 1.00 0.06 0.05 0.002 0.001 0.004 0.03 0.026 0.008
11 焊丝5 0.11 0.47 0.90 0.006 0.003 2.25 1.03 0.05 0.08 0.002 0.001 0.004 0.05 0.029 0.010
12 焊丝6 0.03 0.18 0.88 0.006 0.003 2.16 1.02 0.06 0.09 0.002 0.001 0.004 0.07 0.029 0.007
表8实施例7-12焊接熔敷金属的力学性能
实施例7-9中，所使用焊丝1-3，其与焊剂1组合后，表7中对应的熔敷金属的成分均符合本发明的焊接熔敷金属特征范围，表7中对应的焊缝金属性能，经过690℃×8小时和690℃×32小时的热处理后，能够获得优良的室温强度、高温454℃强度、-30℃低温冲击韧性.并且抗回火脆化性能、高温持久性能均达到预期，综合性能优秀。
实施例10中，所使用焊丝4的成分中，C超出了本发明的焊丝特征范围。C 是影响强度的主要因素，当C过高时，相应的实施例10所得到的熔敷金属的C 较高，而从表8中可以看出，实施10的焊缝金属性能中强度已经超出了预期范围，由于焊缝金属的强度过高，焊缝熔敷金属的冲击韧性降低，抗回火脆化性能试验不合格。
实施例11中，所使用焊丝5的成分中，Si的含量较高，导致熔敷金属中的 Si过高。Si含量过高，降低了焊缝金属的低温冲击韧性，并不利于回火脆化性能。表8中对应的焊缝金属性能中，冲击韧性降低至预期值以下，抗回火脆化性能试验不合格。
实施例12中，所使用焊丝6的成分中，C低于本发明的焊丝特征范围。C 是影响强度的主要因素，当C过低时，导致熔敷金属的较低，表8中对应的焊缝金属性能中，690℃×32h后常温拉伸性能、454℃高温拉伸性能、高温持久性能等与强度相关指标均不能达到预期。
实施例13所采用的焊接参数2，线能量较低。由于焊接线能量过低，焊接电流偏小，交流焊接过程的电弧稳定性不好，焊接的熔合不良。由于焊接参数过低，即使采用本发明焊丝和焊剂，也无法实现良好的焊接工艺性，不能获得合格的焊接接头。
实施例14所采用的焊接参数3，线能量较高，其性能结果如表8所示。由于焊接线能量过大，焊缝冷却很慢，形成的晶粒粗大，焊缝的低温冲击韧性不佳，抗回火脆化性能不合格。
表9实施例14焊接熔敷金属的力学性能

Claims (9)

1.一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，
C：0.07-0.20％，Si：0-0.3％，Mn：0.4-1.6％，P：0-0.010％，S：0-0.010％，Cr：2.00-2.60％，Mo：0.85-1.16％，Cu：0-0.1％，Ni：0.03-0.25％，Al：0-0.30％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，O：0-0.010％，N：0-0.030％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，
C：0.09-0.19％，Si：0-0.25％，Mn0.8-1.4％，P：0.007％，S：0.004％，Cr：2.2-2.55％，Mo：0.95-1.1％，Cu：0-0.08％，Ni：0.05-0.2％，Al：0.01-0.25％，Sb：0.002％，Sn：0.001％，As：0.004％，O：0.005％，N：0.017％，余量为Fe。
3.一种2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：18-35％，二氧化硅：5-18％，氧化钙：5-21％，三氧化二铝：11-21％，碳酸盐：5.7-20％，萤石：4.3-17.3％，钾长石：0.5-5％，电解锰：0-2％，硅铁：0-1％，铝粉：0-2.5％。
4.根据权利要求3所述的2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求4所述的2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸钙，以质量分数计为4.3-17.3％。
6.根据权利要求4所述的2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：所述的所述碳酸盐为碳酸镁，以质量分数计为6.8-20％。
7.一种制备如权利要求3-6所述的2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊剂的方法，其特征在于：包括将各组份混合均匀，得到药粉混合物，再向所述药粉混合物中加入钾钠玻璃水，搅拌均匀，制成8-60目的颗粒，在650-720℃烘干，制得焊剂。
8.根据权利要求7所述的2.25Cr-1Mo钢交流埋弧焊接用焊剂的制备方法，其特征在于：所述钾钠玻璃水与所述药粉混合物的质量份数比为20-25:100。
9.一种熔敷金属，其特征在于：利用权利要求1所述焊丝配合权利要求3-7所述焊剂，基于交流埋弧焊接在焊接电流450-680A，焊接电压25-36V，焊接速度25-60mm/min，焊接线能量18-40KJ/cm条件下，焊接于2.25Cr-1Mo钢，形成所述熔敷金属；所述熔敷金属以质量分数计包括，
C：0.07-0.12％，Si：0-0.35％，Mn：0.6-0.9％，P：0-0.010％，S：0-0.010％，Cr：2.10-2.55％，Mo：0.95-1.15％，Cu：0-0.2％，Ni：0.09-0.17％，Al：0-0.30％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，O：0.022-0.035％，N：0.005-0.030％，余量为Fe；
其中，P、S、Sb、Sn和As的质量分数满足：
X＝(10×ωP+5×ωSb+4×ωSn+ωAs)×10-2，X≤15ppm，
ωP为P的质量分数，ωSb为Sb的质量分数，ωSn为Sn的质量分数，ωAs为As的质量分数。
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